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光肩星天牛纤维素酶与寄主选择关系的研究

李晓娟  
【摘要】: 光肩星天牛(Anoplophora glabripennis Motschulsky)属鞘翅目,天牛科,沟胫天牛亚科,星天牛属,是我国重要林木蛀干害虫。在我国广泛分布,主要危害杨属(Populus spp.)、柳属(Salix spp.)、榆属(Ulmus spp.)和槭属(Acer spp.)的树木,对我国林业造成巨大的损失。国内外众多学者对光肩星天牛寄主选择以及光肩星天牛纤维素酶均有大量的研究,但光肩星天牛体内纤维素酶与寄主选择的关系尚未明确。为了明确光肩星天牛体内纤维酶与寄主选择的关系,本文选取四种不同寄主来源(新疆杨、箭杆杨、合作杨和漳河柳)光肩星天牛幼虫和成虫、取食不同树种(臭椿、毛白杨、合作杨、旱柳和复叶槭)光肩星天牛成虫、取食原寄主树种与非原寄主树种光肩星天牛成虫、不同虫态光肩星天牛、不同龄期光肩星天牛幼虫等为研究对象,采用纤维素酶活性测定、纤维素酶同工酶检测、肠道组织结构观察比较等研究方法。研究结果如下: (1)以新疆杨、箭杆杨、合作杨和漳河柳四种寄主来源光肩星天牛成虫和幼虫为研究对象,测定其肠道内三类纤维素酶活性,结果表明,不同寄主来源光肩星天牛雌与雄成虫之间的Cx酶、C1酶以及β-萄糖苷酶活性均无显著性差异,同种寄主来源光肩星天牛雄成虫的Cx酶活性显著高于雌成虫,同种寄主来源光肩星天牛雌雄成虫的C1酶和β-萄糖苷酶活性无显著性差异;不同寄主来源光肩星天牛幼虫Cx酶、C1酶以及β-萄糖苷酶活性均无显著性差异。 以聚丙烯酰胺凝胶电泳法检测上述四种寄主来源光肩星天牛成虫和幼虫Cx酶同工酶,结果显示,不同寄主来源幼虫、雌成虫以及雄成虫的Cx酶同工酶带型和迁移距离无明显差异,同种寄主来源雌雄成虫之间亦无明显差异。 在本研究结果中,三类纤维素酶活性和同工酶谱具有高度的一致性,分别显示出不同寄主来源光肩星天牛成虫纤维素酶在酶活性和Cx酶同工酶方面是没有明显差异的,这表明,光肩星天牛纤维素酶与幼虫寄主树种之间无明显的关联性。 (2)取合作杨来源光肩星天牛成虫,分别饲以臭椿、毛白杨、合作杨、旱柳和复叶槭五种不同树种的新鲜枝条,3d后检测其纤维素酶活性,研究结果为,取食复叶槭雌成虫Cx酶活性显著高于雄成虫,取食其它树种雌雄成虫Cx酶活性无显著性差异,对照雄成虫(饥饿3d)Cx酶活性显著高于雌成虫;取食各树种雌雄成虫之间C1酶活性均无显著性差异;取食复叶槭雌成虫β-葡萄糖苷酶活性显著高于雄成虫,取食其它树种雌雄成虫β-葡萄糖苷酶活性无显著性差异。 取食复叶槭雌成虫Cx酶活性显著高于取食臭椿与对照雌成虫,与取食其它树种无显著性差异,取食旱柳、合作杨雌成虫Cx酶活性显著高于对照,与取食其它树种无显著性差异;取食各树种雄成虫Cx酶活性均显著低于对照,取食复叶槭、合作杨和臭椿雄成虫Cx酶活性无显著性差异,取食旱柳、毛白杨、合作杨和臭椿雄成虫Cx酶活性无显著性差异。取食各树种雌成虫以及雄成虫之间C1酶活性和β-葡萄糖苷酶活性均无显著性差异。 纤维素酶作为一种诱导性酶,本研究发现,光肩星天牛成虫取食与否以及取食材料的不同都对其纤维素酶活性大小有很大影响,尤其是对于Cx酶。由此可见,光肩星天牛纤维素酶与成虫寄主树种选择之间有一定的关联性。 (3)取旱柳和合作杨两种寄主来源光肩星天牛成虫,分别饲以旱柳、合作杨和复叶槭三种寄主树种的新鲜枝条,3d后检测其纤维素酶活性,结果为,旱柳和合作杨来源光肩星天牛取食三种寄主树种光肩星天牛雌雄成虫之间Cx酶和β-葡萄糖苷酶活性均无显著性差异,旱柳和合作杨来源光肩星天牛雌成虫以及雄成虫之间Cx酶活性和β-葡萄糖苷酶活性均无显著性差异,除了合作杨来源光肩星天牛成虫取食旱柳雄成虫β-葡萄糖苷酶活性显著低于取食合作杨和复叶槭雄成虫。 两种寄主来源光肩星天牛,取食原寄主与其它寄主树种之后,雌成虫之间和雄成虫之间纤维素酶活性都无明显差异,除了合作杨来源雄成虫取食复叶槭和合作杨之后,表现出比取食旱柳高的β-葡萄糖苷酶活性。这是光肩星天牛成虫对原寄主树种的“记忆效应”,在纤维素酶活性方面的体现,还是由天牛本身取食状态所导致,有待于进一步研究。 (4)检测光肩星天牛蛹和未出树体成虫体内纤维素酶活性,结果显示,光肩星天牛蛹体内各纤维素酶活性均极其微弱,在0.06μmol(葡萄糖)·g-1(FW)·h-1以内,雌雄蛹之间Cx酶、β-葡萄糖苷酶和C1酶活性均无显著性差异;未出树体光肩星天牛雌雄成虫之间Cx酶、β-葡萄糖苷酶和C1酶活性均无显著性差异。树体内光肩星天牛成虫体内纤维素酶活性已较蛹体内有很多增加,但仍然没有达到从羽化孔出树体后光肩星天牛成虫体内纤维素酶活性的水平,研究中也发现树体内光肩星天牛成虫纤维素酶活性大小波动比较大,尤其是Cx酶和β-葡萄糖苷酶,这表明光肩星天牛羽化之后,体内纤维素酶的功能以及分布是一个不断完善的过程。 (5)取食寄主树种与取食人工饲料光肩星天牛幼龄幼虫纤维素酶活性均显著高于老熟幼虫,这有可能是由于老熟幼虫相对取食量降低而导致,也有可能是由于随着天牛幼虫的生长,其体内的纤维素酶活性到达一个稳定的水平,但体重却不断增加,从而使相对酶活性降低。 (6)解剖光肩星天牛幼虫以及雌雄成虫,取出肠道并区别前中后肠,分别测定其纤维素酶活性,结果显示,光肩星天牛幼虫90.4%的Cx酶活性和93.4%的β-萄糖苷酶活性分布在中肠;光肩星天牛雌成虫65.4%的Cx酶活性和94.2%的β-萄糖苷酶分布在中肠,31.5%的Cx酶活性分布在后肠;光肩星天牛雄成虫89.0%的Cx酶活性和92.0%的β-萄糖苷酶活性分布在中肠;在光肩星天牛雌成虫后肠组织结构中观察到有囊状结构。这使得作者对光肩星天牛体内纤维素酶的来源,有了一个新的推测,即光肩星天牛幼虫和雄成虫体内的纤维素酶均由自身分泌,而光肩星天牛雌成虫对天然纤维素的消化,有后肠共生微生物的参与。对于这一推测的验证则需要进一步的研究。


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